JP3143613B2 - レドックスフロー型2次電池用セル - Google Patents
レドックスフロー型2次電池用セルInfo
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Description
型2次電池用セルに関し、とくに電解液のシール性と電
池セルスタックへの組み上げ施工性とに優れたレドック
スフロー型2次電池用セルに関する。
定格出力で運転しながら、オフピーク時に余剰となる電
力を蓄え、ピーク時にこれを放電することができれば、
効率的な電力のロードレベリングが可能となる。このよ
うなロードレベリングが可能になれば、適正な容量の原
子力発電、火力発電等のベース電源を効率的な発電量領
域で定常運転できるので、発電設備の経済性を高めるこ
とができる。すなわち、ピーク時の電力需要に合わせて
発電設備を保有したうえでオフピーク時にこれらの一部
を休止または減速運転する必要がない。しかしながら上
記のロードレベリングを実現するためには、大規模な電
力貯蔵技術が不可欠である。
な期待に応える大規模電力貯蔵装置として実用に供され
ようとしているものである。このレドックスフロー型2
次電池は、大型化が実現すれば電池の常識を破る大型電
力貯蔵装置として上記の効率的な電力のロードレベリン
グに用いることができるだけでなく、小型装置での広範
な利用が期待される。すなわち、工場、ビル等の需要家
に近接して小型装置を設置して、安価な夜間電力により
電力を貯蔵し、電力需要のピーク時の昼間に使用すれ
ば、電気料金面でのメリットが得られる。その上、病院
等の非常用電源として瞬間防止機能を付加して使用する
ことも可能である。
池の単一電池セルの構成を示す図である。正極電極12
および負極電極11はそれぞれ、隔膜1と双極板2との
間に形成される正極室および負極室に配置される。正極
室には正極液が、また負極室には負極液が供給され、各
電極との間で電気化学反応が進行する。電極室は、隔膜
1、双極板2、双極板の外周に固定されたフレーム4お
よび後記するシール手段によって囲まれ、とくにシール
手段により電解液の漏洩が防止されている。
れることはなく、図5(b)に示すように、複数の単一
電池セルが積層され、最上面と最下面以外の双極板は表
面と裏面とがそれぞれ負極室と正極室と接する構成をと
る。この電池セルスタックの場合においても、各電解液
のシールは単一電池セルの場合と変わることはなく、各
単一電池セルごとにシールが形成される。
ウム等の金属イオンを溶解させた酸性水溶液が用いられ
る。正、負極電極用の電解液は、別々のタンクに貯蔵さ
れ、各電極が配置された各電極室へと送液循環される。
各電極で充電時に起きる反応は、正極電極では、V4+→
V5++ e- (酸化反応)、負極電極では、V3++ e-→
V2+(還元反応)である。また、放電時には、正極電極
では、V5++ e- →V 4+(還元反応)、負極電極では、
V2+→V3++ e- (酸化反応)の電気化学反応が進行す
る。
ロー型2次電池には次のような有益な特徴があり、これ
までの電池の概念を超える大規模電力貯蔵システムに好
適であることが明らかにされつつある。 (1) 原理が単純で長寿命である。 (2) 待機損失がなく、起動が速い。 (3) 設置レイアウトの設計が容易である。 (4) 保守管理が容易である。 (5) 防災性に優れる。
セルについて、さらに詳細に説明する。
池セルのフレーム近傍を示す断面構成図である。正極液
は、図6の隔膜101の右側に形成される正極室に導入
され、正極電極112において正極反応した後、正極室
から排出される。負極での負極反応と正極での正極反応
とは、外部回路を通る電子および隔膜101を通過する
プロトンの出入りにより連動が確保される。正負の電解
液を経由する電荷の補償を1価の正イオンであるプロト
ンでなく、逆方向に移動する陰イオンで行う場合もあ
る。負極電極111および正極電極112は、それぞれ
隣接する単一電池セルを隔てる双極板102と接触して
おり、各単一電池セルで発生する電圧は電池セルスタッ
クへと累積され、高電圧の発生が達成される。
は、従来、上記図6に示す構造によってなされていた
(実開報平6−007157号公報)。すなわち、対向
するフレーム104のOリング溝107に対向して配置
された2つのOリング105が隔膜101を間に介在さ
せて、締め付け力が付加されて,電解液のシールが達成
されていた。
ル手段によれば、Oリングの当たり面が隔膜101とな
り、その隔膜101は電解液のシールに必要な表面性状
(小さな表面粗さ)を有していない。このため、その表
面の小さな凹凸の隙間から電解液が漏洩し、電解液の漏
洩防止が完全に行われない場合があった。
スタックを形成する場合、図6に示すように、Oリング
が各フレームの上面と下面とに配置されると、組み上げ
施工の際にOリングの脱落が頻発し、施工効率が低下す
る場合があった。
シールの信頼性をより向上させたシール手段を備えたレ
ドックスフロー型2次電池用セルを提供することにあ
り、他の目的は、シール手段が脱落しにくい電池セルス
タック組み上げ施工性に優れたレドックスフロー型2次
電池用セルを提供することにある。
ー型2次電池用セルでは、イオンの通過を許容する隔膜
と、隔膜を間に挟んで両側に配置された第1および第2
の双極板と、隔膜と双極板との間を流動する電解液中に
配置された電極と、第1および第2の双極板のそれぞれ
の外周部に固定して設けられた第1および第2のフレー
ムと、第1のフレームと第2のフレームとの間であっ
て、上記の隔膜が位置する領域において電解液をシール
する内周側シール手段と、上記フレームの上記内周側シ
ール手段の位置よりも外周側に分けて配置され、上記の
隔膜を間に介在させることなく、第1のフレームと第2
のフレームとの間において電解液をシールする外周側シ
ール手段と、を備える。ここで、上記シール手段とは、
フレームとは別個のシール部材であり、そのシール部材
によるシールは、上記隔膜のような、シールを形成する
相手部材、の表面性状の影響を受けることを前提にして
いる。
在させることなく、第1のフレームと第2のフレームと
の間で上記電解液をシールするので、隔膜の比較的粗い
表面粗さに影響されない。この結果、電解液を外にまっ
たく漏洩しないことが可能となる。一方、上記の内周側
における隔膜を介在させた内周側シール手段を備えるこ
とにより、シール性は外周側シールに劣るが、ほぼ電解
液のシールを達成することが可能となる。この内周側シ
ールは間に隔膜を介在させるので正極液と負極液との混
合を防止することができる。この結果、正極液と負極液
との混合に起因する放電を防止することが可能となる。
の電解液の混合防止の両方の機能を1つのシールにより
行っていたが、上記の本発明では、やや不完全であるが
正負の電解液の混合を防止する内周側シール手段と、電
解液の漏洩を完全に防止する外周側シール手段とに分け
て、電解液の外部への漏洩を完全に解消したのである。
池用セルでは、内周側シール手段と外周側シール手段と
が、ともに同一のフレームの一方の面に設けられている
ことが望ましい。
面に設けることにより、単一電池セルを電池セルスタッ
クに組み上げ施工するとき、シール手段の脱落に起因す
る施工能率の低下を防止することが可能となる。
2次電池用セルでは、内周側シール手段および外周側シ
ール手段が、フレームに設けられたOリング溝およびそ
の溝に嵌め合わされたOリングであることが望ましい。
ル手段をOリングとすることにより、簡便に単一電池セ
ルを電池セルスタックに組み上げたり、分解したりする
ことが可能となる。また、耐久性にも優れた電池セルと
なる。
形態について説明する。
おけるレドックスフロー型2次電池用セルのフレーム部
分の断面構成を図1に示す。図1において、隔膜1の位
置する範囲は、フレーム4に設けられたOリング溝7に
嵌めこまれるOリング5の位置よりも内周側に限定され
るが、Oリング溝8に嵌めこまれるOリング6の位置よ
りも外周側に延びている。
積層方向の締め付け力を付加して、シールを完成した状
態の断面図である。正極液10は正極室14に送り込ま
れ、正極室14を通過しながら正極電極12と電気化学
反応を進行させる。負極室13にも同様に負極液が送り
込まれ、電気化学反応が進行する。
リング5およびOリング6がフレーム厚さ方向の締め付
け力を付加されることにより行われる。すなわち、図2
に示すように、Oリング6が隔膜1に押し当てられ、O
リングとOリング溝8の底部または角部との間、Oリン
グと隔膜1との間、および隔膜1とフレーム4との間、
の各々で内周側に存在する電解液に対する第1次のシー
ルがなされる。このシールは間に隔膜を介在させるの
で、正負の電解液を混合させないという重要な機能を達
成する。このとき、隔膜の比較的粗い表面性状のため
に、わずかながら正負の電解液が漏洩して両者が接触し
て放電が発生するが、その量は全体から見ればわずかで
あるので、問題にはならない。
ことなくフレームとの間にシールを形成する。通常、フ
レームの仕上げ表面粗さは微細であるので、Oリング6
による内側シール部分をわずかに洩れた電解液をOリン
グ5のシールにより完全にシールすることが可能とな
る。
いが、他の有機樹脂、ゴム等であってもよく、耐酸性、
電気的絶縁性、強度等が満たされれば材質はとくに限定
されない。また、Oリングもゴム、有機樹脂等を用いる
ことができ、とくに材質が限定されることはない。双極
板もガラス製カーボン等により製造でき、導電性等の特
性が満たされれば、材質の限定は特にない。
的粗い隔膜1を介するOリング6によるシール、および
その外周側での隔膜1を介さないOリング5による完全
シールを設けることにより、電解液の漏洩を完全に排除
することが可能となる。
態2におけるレドックスフロー型2次電池用セルのフレ
ーム部分の断面構成を示す。実施の形態2では、外周側
のOリング25と内周側のOリング26とを同じフレー
ムの同じ側の面に設けた点に特徴がある。
による隔膜の表面粗さが粗いことに起因するやや不完全
なシール、およびOリング25による隔膜を介在させな
い完全な外周側シールが形成される。この結果、レドッ
クスフロー型2次電池用セル全体として、完全なシール
が達成される。上記したように、Oリング26は、正負
の電解液の混合を防止する働きを有する。
がフレーム24の同じ側の面に嵌め合わされるので、図
4に示すように、各単一電池セルを積層して電池セルス
タックに組み上げる際、上記のOリング25、26を共
に上側の面に搭載することができる。その結果、Oリン
グの脱落を生じることなく、電池セルスタックへの組み
上げ施工性を阻害することを防止することが可能とな
る。
に外周側シールを形成するOリング25、および隔膜2
1を間に挟んで内周側のシールを形成するOリング26
の両方とも、フレーム24の同じ側の面に搭載される。
この結果、実施の形態1と相違して、Oリング25、2
6を上側の面にして単一電池セルを積層して組み上げる
ことにより、Oリングの脱落を生じずに容易に電池セル
スタックに組み上げることが可能となった。さらに、隔
膜21の表面粗さの粗いことに起因する内周側のシール
でのわずかな洩れがあっても、外周側シールによって完
全にシールを完成することが可能となる等の実施の形態
1において得られた効果を合わせて得ることができる。
説明を行ったが、上記に開示された本発明の実施の形態
はあくまで例示であって、本発明の範囲は上記の本発明
の実施の形態に限定されるものではない。本発明の範囲
は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許
請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内でのすべて
の変更を含むことが意図されている。
電池用セルからの電解液の漏洩を完全に防止することが
可能となる。また、外周側シール手段と内周側シール手
段とをフレームの同じ面に設け、その面を電池セルスタ
ック形成時に上側の面とすることにより、Oリング等の
シール手段の脱落の障害を生じずに容易に電池セルスタ
ックに組み上げることが可能となる。
次電池用セルのフレーム部分の構成を示す断面図であ
る。
図である。
次電池用セルのフレーム部分の構成を示す断面図であ
る。
の断面図である。
示す図である。
す図である。
Claims (3)
- 【請求項1】 イオンの通過を許容する隔膜と、前記隔
膜を間に挟んで両側に配置された第1および第2の双極
板と、 前記隔膜と前記双極板との間を流動する電解液中に配置
された電極と、 前記第1および第2の双極板のそれぞれの外周部に固定
して設けられた第1および第2のフレームと、 前記第1のフレームと前記第2のフレームとの間であっ
て、前記隔膜が位置する領域において前記電解液をシー
ルする内周側シール部材と、 前記フレームの前記内周側シール部材の位置よりも外周
側に分けて配置され、前記隔膜を間に介在させることな
く、前記第1のフレームと前記第2のフレームとの間に
おいて前記電解液をシールする外周側シール部材と、を
備えたレドックスフロー型2次電池用セル。 - 【請求項2】 前記内周側シール部材と前記外周側シー
ル部材とが、ともに同一のフレームの一方の面に設けら
れている、請求項1に記載のレドックスフロー型2次電
池用セル。 - 【請求項3】 前記内周側シール部材および前記外周側
シール部材が、前記フレームに設けられたOリング溝お
よびその溝に嵌め合わされたOリングである、請求項1
または2に記載のレドックスフロー型2次電池用セル。
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- 1999-03-05 JP JP11058513A patent/JP3143613B2/ja not_active Expired - Fee Related
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